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Presentados por:

RMN: Se basa en la medida de la absorción de laradiación electromagnética en la región de lasradiofrecuencias (RF) aproximadamente de 4 a 900MHz .

La espectroscopia de RMN es una de las principalestécnicas empleadas para obtener informaciónfísica, química, electrónica y estructural sobremoléculas. Es una poderosa series de metodologíasque proveen información sobre la topología, dinámicayestructura tridimensional de moléculas ensolución y en estado sólido.

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El impacto de la espectrometría RMN en las ciencias naturales ha sido sustancial. Puede utilizarse, entre otras cosas, para estudiar mezclas de analitos, para comprender efectos dinámicos como el

cambio en la temperatura y los mecanismos de reacción.Es una herramienta de valor incalculable para la comprensión de la estructura y función de las proteínas y los ácidos nucleicos.

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1924: Las bases teóricas del RMN fueron propuestaspor W. Pauli.

1946: Bloch y Purcell demuestran que los núcleos en un campo magnético intenso absorben radiación electromagnética.

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RMN

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Para explicar las propiedades de ciertos núcleos, es necesario suponer que giran alrededor de un eje y por ende tienen las siguientes propiedades:

• Espín.

• Momento angular p, cuyas componentes poseen los valores de I, I-1, I – 2, …, - I

• Numero cuántico de espín I.

• Estados discretos 2I + 1.

• Momento magnético de un núcleo

• Estado cuántico magnético observables m, con m = I, I-1, I – 2, …, - I.

Suponemos que ciertos núcleos giran alrededor de un eje y tienenpropiedad de espín, tiene un momento angular p, su componenteobservable máxima está cuantizada y debe ser múltiplo de h/2p. Elnúmero de componentes de p para un núcleo en particular dependede su número cuántico de espín l. En ausencia de un campo externolos distintos componentes tienen energías idénticas.Los cuatro núcleos que han sido de más interés para químicos

orgánicos y bioquímicos son 1H, 13C, 19F, 31P.Como un núcleo posee carga, espín origina un campo magnéticoanálogo al producido cuando una corriente fluye a través de unabobina.

m=g pDonde g es la relación giromagnética.

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Imaginemos que le aplicamos un campo magnético al núcleo de un electrón entonces este empezara a rotar con un movimiento perpendicular al eje del campo magnético describiendo un movimiento procesional, que significa movimiento con un cono de giro.La velocidad angular del

movimiento es :

La frecuencia de

precesión es

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Sustituyendo el valor de ΔE en la ecuación de Plank, tenemos que:

Sin campo Magnético

Externo

Energías idénticas en los estados

cuánticos magnéticos

Núcleos con m=+1/2=Núcleos

con M=-1/2

No hay absorción

Con campo magnético externo

Los núcleos tienden a orientarse para que predomine el estado

de menor energía m=+1/2

A mayor número de núcleos de baja energía

mayor intensidad de campo

A mayor intensidad de campo aumenta la

señal

Desplazamiento químicoSe origina por los pequeños campos magnéticos que se generan debido a la circulación de electrones (corriente diamagnéticas). Los núcleos están expuestos a un campo menor o mayor que el externo. Bajo la influencia de un campo magnético los electrones del enlace con el protón tienden a experimentar una precesión alrededor del núcleo, perpendicular al campo aplicado. El núcleo está apantallado del efecto total del campo principal, se debe aumentar el campo externo para producir la resonancia nuclear. El apantallamiento depende de la densidad electrónica que rodea al núcleo.

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Acoplamiento-JParte de la información más útil para determinar la estructura en un espectro RMN unidimensional proviene del acomplamiento-J o acoplamiento escalar (un caso especial de acoplamiento espín-espín) entre los núcleos activos de RMN. Este acoplamiento surge de la interacción de los diferentes estados espín a través de los enlaces químicos de una molécula, y resulta en la división de señales RMN.

Acoplamiento de segundo orden (o fuerte)

Inequivalencia magnética

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Sirven para la determinación cuantitativa de isótopos y estudiar el entorno física de las especies absorbentes, se obtiene con campos poco intensos.

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Son los más utilizados, se emplean instrumentos capaces de distinguir diferencias de frecuencia muy pequeñas del orden de 0.01ppm o menores.

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La manera de registrar un espectro de RMN en elmodo de CW era, bien mantener constante elcampo magnético e ir haciendo un barrido defrecuencias con un campo oscilante, o bien, loque era usado más a menudo, se manteníaconstante la frecuencia del campo oscilante, y seiba variando la intensidad del campo magnéticopara encontrar las transiciones (picos delespectro). En la RMN de CW las señales delespectro se registran como señales en resonancia.

La espectroscopia CW está limitada por su bajasensibilidad, ya que cada señal se registra unasola vez por cada barrido y la técnica deresonancia magnética nuclear ya es de por sí nodemasiado sensible; esto quiere decir que latécnica sufre de una baja relación señal-ruido.

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Los núcleos en un intenso campo magnético se someten a impulsos periódicos muy cortos (menos de 10ms) de radiación de radiofrecuencia del orden de 102 a 103MHz. El intervalo entre impulsos es de uno a varios segundos, en ese intervalo los núcleos excitados al relajarse emiten una señal de radiofrecuencia. Caída libre de inducción (FID).

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La señal puede detectarse con una bobina radiorreceptora colocada perpendicularmente al campo magnético estático (una sola bobina puede emitir los impulsos y detectar la señal de caída). La señal se digitaliza y se almacena para el procesamiento de datos. Se suman las señales de caída y la resultante se convierte en una señal de frecuencia mediante transformación de Fourier. Se pueden filtrar digitalmente los datos para mejorar la relación señal/ruido.

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Muestra que se irradia con impulsos periódicos de energía RF que atraviesan la muestra perpendicularmente al campo magnético.

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La energía potencial E de la partícula

cargada en precesión esta dada por:

Para que el dipolo magnético cambie

de orientación bruscamente, debe

haber una fuerza magnética

perpendicular al campo fijo que se

mueva en una trayectoria circular en

fase con el dipolo en precesión . El

momento magnético de una

radiación circularmente polarizada

de la frecuencia adecuada tiene

estas propiedades.

Si la frecuencia de rotación del vector campo magnético es igual a la frecuencia precesión del núcleo, puede tener lugar inversión del dipolo y la absorción.

Existe el riesgo de que el proceso de absorción iguale el numero de núcleos en

ambos estados y en este caso la señal de absorción disminuirá y tendera a cero

(sistema de espín saturado).

A fin de evitar la saturación, es necesario que la velocidad de relajación de los

núcleos excitados a sus estados de menor energía sea igual, o mayor, que la

velocidad de absorción de la energía de radiofrecuencia.

Al exponer los núcleos a una radiofrecuencia adecuada ocurre la absorción.

Velocidad de relajación de los núcleos ≥ velocidad de absorción de RF.

Ejemplo de relajación es la fluorescencia.

Son aquellos en los que todas las dimensiones corresponden al mismo núcleo.

Ejemplos:COSY (CorrelationSpectroscopy),

TOCSY (Total Correlation Spectroscopy),

NOESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy).

En este experimentos se obtienen espectros cuyas dimensiones pertenecen a diferentes núcleos.

Ejemplos:

HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Correlation),

HSQC (Heteronuclear Simple Quantum Correlation),

HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation),

HOESY (Heteronuclear OverhauserEffect Spectroscopy).

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Debido a que la intensidad de la señal de RMN, y por tanto, también la sensibilidad de la técnica depende de la fortaleza del campo magnético, desde los inicios de la RMN ha existido gran interés por el desarrollo de imanes más potentes.

La sensibilidad de las señales también depende de la presencia de núcleos magnéticamente-susceptibles a la RMN y, por tanto, de la abundancia natural de tales núcleos.

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